|
|
|
Примесная электропроводность
Если в полупроводник ввести примесь других веществ, то в дополнение к собственной появляется еще и примесная электропроводность, которая в зависимости от рода примеси может быть электронной или дырочной. Например, если к четырехвалентному кремнию добавить пятивалентную сурьму (Sb), мышьяк (As) или фосфор (P), то их атомы, взаимодействуя с атомами кремния только четырьмя своими электронами, пятый отдадут в зону проводимости. В результате добавляется некоторое число электронов проводимости. Сам атом примеси при отдаче электрона становится положительным ионом. Примеси, атомы которых отдают электроны, называются донорами. На рисунке 1 наглядно показано, как происходит этот процесс:
Рис. 1 Возникновение примесной электронной электропроводности
Полупроводники с преобладанием электронной электропроводности называются электронными полупроводниками или полупроводниками n-типа. Зонная диаграмма такого полупроводника показана на рис. 2.
Рис. 2 Зонная диаграмма полупроводника n-типа
Энергитические уровни донора расположены немного ниже зоны проводимости, и таким образом в этой зоне появляется дополнительное число электронов, равное числу атомов донора. В самих атомах донора при этом дырки не образуются.
Если же в четырехвалентный кремний ввести примесь трехвалентного бора (B), индия (In) или аллюминия (Al), то их атомы отнимают электроны от атомов кремния, оставляя в наследство у кремния дырки. Такие примеси называются акцепторами. Сами атомы акцептора заряжаются отрицательно. На рис. 3 наглядно показано, как атом акцепторной примеси захватывает электрон от соседнего атома кремния, оставляя там дыру (дырку):
Рис. 3 Возникновение примесной дырочной электропроводности
Полупроводники с преобладанием примесной электропроводности называются дырочными полупроводниками или полупроводниками p-типа. Зонная диаграмма такого полупроводника показана на рис. 4:
Рис. 4 Зонная диаграмма полупроводника р-типа
Как видно, энергитические уровни акцепторов располагаются немного выше валентной зоны. На эти уровни легко переходят электроны из валентной зоны, в которой при этом возникают дырки.
В полупроводниковых приборах главным образом используется примесная донорная, либо акцепторная электропроводность. При обычных рабочих температурах в таких полупроводниках все атомы примеси участвуют в создании примесной электропроводности, т. е. каждый атом примеси либо отдает, либо захватывает один электрон.
Чтобы примесная электропроводность преобладала над собственной, концентрация атомов донорной примеси NД или акцепторной NА должна превышать концентрацию собственных носителей заряда. Носители заряда, концетрация которых в данном полупроводнике преобладает, называются основными. Например, ими являются электроны в полупроводнике n-типа. Неосновными называются носители, концентрация которых меньше, чем основных. Концентрация неосновных носителей в примесном полупроводнике уменьшается во столько раз, во сколько увеличивается концентрация основных носителей. Интересно, что концентрация примеси всего лишь 0,0001% (один атом примеси на четыре с лишним миллиона атомов германия (или кремния)) увеличивает концентрацию основных носителей заряда в 1000 раз ну и соответственно увеличивается проводимость.
Рассмотрим прохождение тока через полупроводники с разным типом проводимости, для упрощения пренебрежем током основных носителей. На рисунке представлены условные изображения прохождения тока через полупроводники с электронной и дырочной электропроводностью.
Рис. 5 Ток в полупроводниках с электронной и дырочной электропроводностью
На рисунке плюсиками и минусиками обозначены заряженные атомы кристаллической решетки. Электроны соответственно темные, дырки красные кружочки со стрелочками. Под действием ЭДС источника в проводах, соединяющих полупроводник n-типа с источником, и в самом полупроводнике движутся электроны проводимости. В соединительных проводах полупроводника p-типа по прежнему движутся электроны, а в самом полупроводнике ток следует рассматривать как движение дырок. Электроны с отрицательного полюса поступают в полупроводник и заполняют пришедшие сюда дырки. К положительному полюсу приходят электроны из соседних частей полупроводника, и в этих частях образуются дырки, которые перемещаются от правого края к левому.
В электротехнике принято условное направление тока от плюса к минусу. При изучении электронных приборов удобнее рассматривать прохождение тока от минуса к плюсу, что, собственно, и является истинным направлением тока.
|
|
|
